Development of lightweight implant plates are important to reduce the stress shielding effect for a prosthesis of femur bone fractures. Stainless steel (SS-316L) is a widely used material for making implants. Stress shielding effect and other issues arise due to the difference in mechanical properties of stainless steel when compared with bone. To overcome these issues, composite materials seem to be a better alternative solution. The comparison is made between two biocompatible composite materials, namely Ti-hydroxyapatite and Ti-polypropylene. "Titanium (Ti)" is fiber material while "hydroxyapatite" and "polypropylene" are matrix materials. These two composites have Young's modulus closer to the bone than stainless steel. Besides the variety of bones, present paper constrained to femur bone analysis only. Being heaviest and longest, the femur is the most likely to fail among all bone failures in human. Modelling of the femur bone, screws, implant and assembly was carried out using CATIA and static analysis was carried out using ANSYS. The femur bone assembly was analyzed for forces during daily activities. Ti-hydroxyapatite and Ti-polypropylene composite implants induced more stress in composite implant plate, results less stress induced in bone leading to a reduction in shielding effect than stainless steel implant plate thus ensuring safety and quick healing for the patient.
Several features of the implant surface, such as roughness, topography, and composition play a relevant role in implant integration with bone. This study was conducted in order to determine the effects of various thin layer hydroxyapatite (HA) coatings on anodized Ti surfaces on the biological responses of a human osteoblast-like cell line (MG63). MG63 cells were cultured on A (100 nm HA coating on anodized surface), B (500-700 nm HA coating on anodized surface), C ($1{\mu}m$ HA coating on anodized surface), and control (non HA coating on anodized surface) Ti. The morphology of these cells was assessed by SEM. The cDNAs prepared from the total RNAs of the MG63 were hybridized into a human cDNA microarray (1,152 elements). The appearances of the surfaces observed by SEM were different on each of the four dental substrate types. MG63 cells cultured on A, C and control exhibited cell-matrix interactions. It was B surface showing cell-cell interaction. In the expression of several genes were up-, and down-regulated on the different surfaces. The attachment and expression of key osteogenic regulatory genes were enhanced by the surface morphology of the dental materials used.
Hydroxyapatite (HAp) powders with different crystallinities were synthesized at various calcination temperatures through the co-precipitation of $Ca(OH)_2$ and $H_3PO_4$. The degradation behavior of these HAp powders with different crystallinities was assessed in a simulated body fluid solution (SBF) for 8 weeks. Below $800^{\circ}C$, the powders were nonstochiometric HAp, and the single HAp phase was successfully synthesized at $800^{\circ}C$. The degree of crystallinity of the HAp powders increased with an increasing calcination temperature and varied in a range from 39.6% to 92.5%. In the low crystallinity HAp powders, the Ca and P ion concentrations of the SBF solution increased with an increasing soaking time, which indicated that the low crystallinity HAp degraded in the SBF solution. The mass of the HAp powders linearly decreased with respect to the soaking time, and the mass loss was higher at lower crystallinities. The mass loss ranged from 0.8% to 13.2% after 8 weeks. The crystallinity of the HAp powders increased with an increasing soaking time up to 4 weeks and then decreased because of HAp degradation. The pH of the SBF solution did not change much throughout the course of these experiments. These results suggested that the crystallinity of HAp can be used to control the degradation.
Animal mucins have structural characteristics similar to human salivary mucins. Animal mucins have been regarded as suitable substances for saliva substitutes. Since animal mucin molecules in saliva substitutes and host-derived antimicrobial salivary molecules exist simultaneously in whole saliva and the pellicles of patients with dry mouth, interactions may occur between these molecules. The purpose of this study was to investigate the influence of animal mucins on peroxidase activity in solution and on the surface of hydroxyapatite(HA) surfaces. The effects of animal mucins on peroxidase activity were examined by incubating porcine gastric mucin(PGM) or bovine submaxillary mucin (BSM) with either bovine lactoperoxidase(bLPO) or saliva samples. For solid-phase assays, immobilized animal mucins or peroxidase on three different HA surfaces(HA beads, HA disc, and bovine tooth) were used. Peroxidase activity was determined with an NbsSCN assay. The obtained results were as follows: 1. PGM enhanced the enzymatic activity of bLPO in solution phase. PGM did not affect the enzymatic activity of peroxidase in saliva sample(POS). 2. BSM did not affect the enzymatic activities of both bLPO and POS in solution phase. 3. HA-adsorbed PGM increased subsequent bLPO adsorption in all three HA phases. The activity of POS was increased on both the HA beads and bovine tooth. 4. The peroxidase activities on the HA beads and disc were increased when the HA surfaces were exposed to a mixture of bLPO and PGM. 5. The binding affinity of bLPO to PGM was greater than that of bLPO to BSM. Collectively, our results suggest that animal mucins affects the enzymatic activity of peroxidase on the HA surfaces as well as in solution. Saliva substitutes containing animal mucins may affect the function of antimicrobial components in natural saliva and saliva substitutes.
Three different kinds of hydroxyapatites (HAPs) having different sizes and compositions are prepared by hydrothermal and molten salt syntheses. Using the ion exchange reactions, ruthenium ions are incorporated on the surface of HAPs. The crystallinity, morphology and ruthenium contents are investigated by XRD, SEM, TEM and ICP. We found that smaller size of HAP having large amounts of ruthenium under ion exchange reaction shows higher catalytic activity for aerobic oxidation of alcohols.
Kim, Sang-Soo;Lee, Ju-Hyung;Yu, Seok-Hyun;Lee, Hyung-Ju;Moon, Jee-Won;Park, In-Sook;Sohn, Dong-Seok
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.37
no.1
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pp.49-53
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2011
Introduction: This study compared the strength of osseointegration as determined by the resistance to reverse torque rotation of three different hydroxyapatite coated implants in the rabbit femur model. Materials and Methods: Three hydroxyapatite coated implants (HAPTITE), Tapered Screw-Vent (TSV) and BioTite-H - were used. A total of 40 implants were placed in the femur of 20 adult male rabbits. The animals were divided into two groups. In group A (n=10); one HAPTITE was placed into each right femur and one TSV was placed into each left femur. In group B (n=10); one HAPTITE was placed into each right femur and one BioTite-H was placed into each left femur. Five rabbits of each group were sacrificed at 4 and 8 weeks. The implants were removed by reverse torque rotation using a digital torque-measuring device. A total of 40 implants in 20 rabbits were used for the removal torque measurements. Results: In the Group A, 4 weeks after implant placement, the mean removal torque for the HAPTITE and TSV was $70.7{\pm}31.6$ N cm and $28.9{\pm}15.1$ N cm, respectively. Eight weeks after implant placement, the mean removal torque for the HAPTITE and TSV was $87.9{\pm}26.2$ N cm and $54.9{\pm}22.4$ N cm, respectively. In the Group B, 4 weeks after implant placement, the mean removal torque for the HAPTITE and BioTite-H was $58.0{\pm}29.6$ N cm and $37.7{\pm}14.1$ N cm, respectively. Eight weeks after implant placement, the mean removal torque for the HAPTITE and BioTite-H was $91.4{\pm}47.1$ N cm and $30.8{\pm}9.8$ N cm. HAPTITE showed a higher removal torque than the other implants. Conclusion: These results suggest that HAPTITE increases the strength of osseointegration significantly as determined by the resistance to reverse torque rotation.
Rhizobium tropici CIAT 899 is capable of synthesizing inactive apo-glucose dehydrogenase (GDH). To become an active holo enzyme, the GDH requires a cofactor, PQQ. When R. tropici CIAT 899 was grown in a broth culture medium containing hydroxyapatite and pyrrolo quinoline quinone (PQQ), pH decreased while the concentration of soluble P increased. The solubilization of hydroxyapatite was associated with the production of gluconic acid and 2-ketogluconic acids. The organic acid production and P solubilization were greatly enhanced when the bacterium was grown with air supply. Effect of R. tropici CIAT 899 with (CI+PQQ) and without PQQ (CI) on the common bean growth was examined. Shoot and root weight, and N and P contents in CI+PQQ treatment, were significantly higher than those in control and CI treatment. Nodule weight and acetylene reducing activities were also significantly higher in CI+PQQ treatment than in other treatments.
Huang, Lu;Goddard, Samuel C.;Soundarapandian, Santhanakrishnan;Cao, Yu;Dahotre, Narendra B.;He, Wei
Biomaterials and Biomechanics in Bioengineering
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v.1
no.2
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pp.81-93
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2014
An in vitro cell study evaluating cell adhesion to hydroxyapatite (HA) coated prosthetic Ti-6Al-4V alloy via laser treatment is presented in comparison with uncoated alloy. Based on our previous in vitro biocompatibility study, which demonstrated higher cell attachment and proliferation with MC3T3-E1 preosteoblast cells, the present investigation aims to reveal the effect of laser coating Ti alloy with HA on the adhesion strength of bone-forming cells against centrifugal forces. Remaining cells on different substrates after centrifugation were visualized using fluorescent staining. Semi-quantifications on the numbers of cells were conducted based on fluorescent images, which demonstrated higher numbers of cells retained on HA laser treated substrates post centrifugation. The results indicate potential increase in the normalized maximum force required to displace cells from HA coated surfaces versus uncoated control surface. The possible mechanisms that govern the enhancing effect were discussed, including surface roughness, chemistry, wettability, and protein adsorption. The improvement in cell adhesion through laser treatment with a biomimetic coating could be useful in reducing tissue damage at the prosthetic to bone junction and minimizing the loosening of prosthetics over time.
Eggshell is a waste material after the usage of egg. In this work, biowaste chicken eggshells were used for preparing carbonated hydroxyapatite (HA) nanoparticles of high purity through aqueous precipitation method at room temperature. The eggshell-derived HA will be a cost-effective bioceramics for biomedical applications and an effective material-recycling technology. Additionally, mulberry leaf extract was used as a template to regulate the morphology, size and crystallinity of HA, and the effects of pH value were also examined. Characterization of the samples was performed by X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy. Scanning electron microscopy (SEM) was used to determine the size, shape and morphology of HA. The results indicate that only one phase of HA were synthesized in the both absence and presence of mulberry leaf extract at pH of 7 and above, while DCPD or DCPA/DCPD phase was observed at pH 4 condition. The crystallite sizes of the HA samples obviously decreased when adding mulberry leaf extract as a template, while they decreased gradually as the solution pH levels increased. With increasing pH level from 7 to 14, the rod-like HA nanoparticles gradually changed to spherical shape at pH 14. Note that, the obtained product is Mg and Sr containing A- and B-type carbonate HA at alkaline pH and it can be a potential material for biomedical applications.
Soliman, Islam El-Sayed;Metawa, Asem El-Sayed;Aboelnasr, Mohamed Abdel Hameed;Eraba, Khairy Tohamy
Korean Journal of Chemical Engineering
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v.35
no.12
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pp.2452-2463
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2018
Surface treatment of sol-gel bioglass is required to increase its biomedical applications. In this study, a dielectric barrier discharge (DBD) plasma treatment in atmospheric pressure was performed on the surface of [$SiO_2-CaO-P_2O_5-B_2O_3$] sol-gel derived glass. The obtained bioglass was treated by plasma using discharge current 12 mA with an exposure period for 30 min. The type of discharge can be characterized by measuring the discharge current and applied potential waveform and the power dissipation. Apatite formation on the surface of the DBD-treated and untreated samples after soaking in simulated body fluid (SBF) at $37^{\circ}C$ is characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-Ray diffraction (XRD), inductively coupled plasma (ICP-OES) and scanning electron microscopy coupled with energy dispersive spectroscopy (SEM/EDS). We observed a marked increase in the amount of apatite deposited on the surface of the treated plasma samples than those of the untreated ones, indicating that DBD plasma treatment is an efficient method and capable of modifying the surface of glass beside effectively transforming it into highly bioactive materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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